材料的超精密加工与化学机械平坦化

中国粉体网讯  超精密加工是指实现加工零件的尺寸精度为0.1～100 nm，同时表面粗糙度小于10 nm的加工技术，“超精密”的表面粗糙度和形状精度分别是传统加工方法的1000倍和100倍。超精密加工最开始被开发用于制造计算机和电子等各个领域的核心组件，在半导体的加工领域大放异彩。

其中，研磨、抛光是最古老的加工工艺，也一直是超精密加工的主要方式。当前，应用最广泛的抛光技术是化学机械抛光(chemical mechanical polishing，CMP)技术。CMP加工通过磨粒-工件-加工环境之间的机械、化学作用，实现工件表面材料的微量去除，以获得超光滑，低损伤的加工表面。

CMP技术即是于1965年由Monsanto首次提出，技术最初是用于获取高质量的玻璃表面，如军用望远镜等。随着集成电路技术的发展，特别是进入亚微米工艺后，临界尺寸的降低和器件高密度的集成，集成电路材料层间的平整度变得越来越关键。

在20世纪50年代早期，抛光被用于最大限度地减少硅片衬底制备过程中的表面损伤，CMP是目前唯一可以实现原子级精度全局平坦化的技术，最早的应用是精密光学仪器透镜的超光滑表面制造。20世纪80年代，IBM首次将用于制造精密光学仪器的CMP技术引入其动态随机存取存储器制造。CMP的主要工作原理是在一定压力下及抛光液的存在下，被抛光的晶圆对抛光垫做相对运动，借助纳米磨料的机械研磨作用与各类化学试剂的化学作用之间的高度有机结合，使被抛光的晶圆表面达到高度平坦化、低表面粗糙度和低缺陷的要求。

CMP的关键技术包括抛光液的配方、抛光垫的选择、压力的控制、终点的监测等。随着半导体制程的推动，制程节点不断缩小，因此对抛光液的性能和稳定性、抛光垫的耐久性和均匀性、压力的精确性和一致性、监测的准确性和灵敏性等都将提出更高的要求。

目前，CMP技术已经发展成以化学抛光机为主体，集在线监测、终点检测、清洗、甩干等技术为一体的化学机械平坦技术，是集成电路向微细化、多层化、薄型化、平坦化工艺发展的产物。目前，光学抛光的最高水平为：Rms<0.05nm,平面度<0.01λ。

此外，CMP后晶圆清洗是CMP工艺中不可缺少的一道工艺。CMP工艺之后，晶圆必须立刻被彻底清洗，否则晶圆表面上将产生很多缺陷，这与研磨过程和研磨浆有关。CMP后晶圆清洗必须移除残余的研磨浆粒子及其他CMP期间因研磨浆、衬垫和调整工具形成的化学污染。随着半导体技术的不断进步，对晶圆清洁度的要求也在不断提高。通过采用先进的清洗技术和持续的工艺优化，可以有效提高清洗效率，保证晶圆质量，进而提升半导体器件的性能和可靠性。

2024年7月9日，中国粉体网将在郑州举办“2024高端研磨抛光材料技术大会”。届时，河北工业大学何彦刚博士将带来《材料的超精密加工与化学机械平坦化》的报告，报告将从CMP技术的主要影响因素、磨料的影响，以及集成电路中对CMP的要求等方面对CMP工艺全面剖析，最后对CMP后清洗工艺进行介绍。

来源：

陈磊等：面向超精密加工的微观材料去除机理研究进展

半导体视界：化学机械抛光在精密加工和超精密加工领域的应用

（中国粉体网编辑整理/空青）

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